#物联网征文# 基于STM32动态密码锁(手机APP)_2022 原创

DS小龙哥

发布于 2022-8-17 10:52

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1. 前言

前一版设计了一款物联网的密码锁，采用MQTT协议连接物联网服务器进行交互，这一版是本地动态密码锁。采用局域网方式完成网络连接，与门锁进行交互，通信设置，生成密码种子，进行动态密匙比对。这款智能电子密码锁，以STM32单片机为主控制器,由触摸矩阵键盘、ESP8266、步进电机等模块组成，具有手机APP控制、随机密码生成等功能。

当前支持的开锁方式：

（1）手机APP远程开锁。支持手机APP远程开锁。手机APP连接上ESP8266创建的WIFI热点和TCP服务器，可以在手机APP上对设备端的RTC时间进行校准，设备唯一ID获取，生成随机开锁密码。

（2）随机密码开锁。手机APP与本地设备采用时间、作为算法种子，采用算法生成开锁密码，每一串的密码有效时间为一分钟。查看手机APP上显示的密码之后，在本地设备上输入完成密码对比开锁。

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这里有演示的效果视频：
【基于STM32设计的动态密码锁】 https://www.bilibili.com/video/BV13Y4y1t7Gn?share_source=copy_web&vd_source=347136f3e32fe297fc17177194ce0a8b

2. 相关硬件

2.1 WIFI模块

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2.2 步进电机模块

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2.3 OLED显示屏

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2.4 STM32开发板

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2.5 矩阵键盘模块

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3. 手机APP设计

3.1 开发环境介绍

上位机软件采用Qt框架设计，Qt是一个跨平台的C图形用户界面应用程序框架。Qt是一个1991年由Qt Company开发的跨平台C图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI程序，也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务器。简单来说，QT可以很轻松的帮你做带界面的软件，甚至不需要你投入很大精力。

QT官网: https://www.qt.io/
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3.2 QT安装包下载

下载QT5.12.6下载地址：
https://download.qt.io/archive/qt/5.12/5.12.6/

打开链接后选择：

qt-opensource-windows-x86-5.12.6.exe 13-Nov-2019 07:28 3.7G Details

软件安装时断网安装，否则会提示输入账户。

安装的时候，勾选一个mingw 32编译器即可。

3.3 实现效果

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3.4 与服务器通信代码

/*
功能: 连接服务器
*/
void Widget::on_pushButton_connect_clicked()
{
    if(ui->pushButton_connect->text()=="连接"){

        //开始连接服务器
        NewClinet();
    }
    else
    {
        if(LocalTcpClientSocket)
        {
            LocalTcpClientSocket->close();
        }
    }
}


//客户端模式：创建客户端
void Widget::NewClinet()
{
    if(LocalTcpClientSocket)
    {
        LocalTcpClientSocket->close();
        delete  LocalTcpClientSocket;
        LocalTcpClientSocket=nullptr;
    }
    /*1. 创建本地客户端TCP套接字*/
    LocalTcpClientSocket = new QTcpSocket;
    /*2. 设置服务器IP地址*/
    QString Ipaddr=ui->lineEdit_ip->text();
    QHostAddress FarServerAddr(Ipaddr);
    /*3. 连接客户端的信号槽*/
    connect(LocalTcpClientSocket,SIGNAL(connected()),this,SLOT(LocalTcpClientConnectedSlot()));
    connect(LocalTcpClientSocket,SIGNAL(disconnected()),this,SLOT(LocalTcpClientDisconnectedSlot()));
    connect(LocalTcpClientSocket,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(LocalTcpClientReadDtatSlot()));
    /*4. 尝试连接服务器主机*/
    int prot=ui->lineEdit_port->text().toInt();
    LocalTcpClientSocket->connectToHost(FarServerAddr,prot);
}

/*
功能: 时间更新
*/
void Widget::time_update()
{
   QDateTime time = QDateTime::currentDateTime();   //获取系统现在的时间
   QString text;
   text = time.toString("yyyy/MM/dd hh:mm:ss ddd"); //设置显示格式
   ui->label_time->setText(text);

   char Password[10];

   //更新密码
   GeneratePassword(Password,6);

   ui->label_password->setText(Password);
}


//客户端模式：响应连接上服务器之后的操作
void Widget::LocalTcpClientConnectedSlot()
{
    ui->pushButton_connect->setText("断开");
    Log_Text_Display("成功连接服务器...\n");
    ServerConnectStat=1; //标记连接上服务器
}

//客户端模式：断开服务器
void Widget::LocalTcpClientDisconnectedSlot()
{
   ui->pushButton_connect->setText("连接");
   QMessageBox::information(this,"提示","与服务器断开连接...",QMessageBox::Ok);
   Log_Text_Display("与服务器断开连接...\n");
   ServerConnectStat=0; //标记断开服务器
}


//读取服务器发来的数据
//$update,2022/02/22 13:15,2022/02/23 12:17,吃饭,5
void Widget::LocalTcpClientReadDtatSlot()
{
   QByteArray text=LocalTcpClientSocket->readAll();
   QTextCodec *tc = QTextCodec::codecForName("GBK");
   QString array = tc->toUnicode(text);

   qDebug()<<"array:"<<array;

}
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4. STM32设备端代码设计

如果需要完整的项目源码可以去这里下载: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/85895855

4.1 硬件相关原理图

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4.2 keil工程

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4.3 程序下载配置

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4.4 硬件接线

1. 板载ESP8266串口WIFI模块与STM32的串口3相连接。
PB10--RXD 模块接收脚
PB11--TXD 模块发送脚
PB8---CH-PD---悬空
PB9---RST---悬空
GND---GND 地
VCC---VCC 电源（3.3V~5.0V）


2. 触摸按键使用TTP229型号的驱动芯片
SCL接PC11
SDA-OUT接PC10
电源接VCC-3.3
GND接GND

3. ULN2003控制28BYJ-48步进电机接线:

ULN2003接线:
IN4: PC9   d
IN3: PC8   c
IN2: PC7   b
IN1: PC6   a
+  : 5V
-  : GND

4. OLED显示屏
D0----SCK-----PB14
D1----MOSI----PB13
RES—复位(低电平有效)—PB12
DC---数据和命令控制管脚—PB1
CS---片选引脚-----PA7


5. 板载按键
KEY1---PA0 
KEY2---PC13


6.板载LED灯
LED1---PB5
LED2---PB0
LED3---PB1 

7. 板载蜂鸣器
BEEP---PA8
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4.5 设备初始化打印的信息

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4.6 main.c 代码

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include <string.h>
#include "timer.h"
#include "esp8266.h"
#include "RFID_RC522.h"
#include "motor.h"
#include "oled.h"
#include "rtc.h"
#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h>


char mqtt_message[200];//上报数据缓存区

char SendBuff[10];

//存放矩阵键盘的值
char MatrixKey_var[20];
int MatrixKey_index=0;

//当前显示的页面
u8 page_show_flag=0; //1时钟页面 


/*
函数功能: 绘制时钟表盘框架
*/
void DrawTimeFrame(void)
{
	u8 i;
	OLED_Circle(32,32,31);//画外圆
	OLED_Circle(32,32,1); //画中心圆
	//画刻度
	for(i=0;i<60;i++)
	{
		if(i%5==0)OLED_DrawAngleLine(32,32,6*i,31,3,1);
	}
	OLED_RefreshGRAM();  //刷新数据到OLED屏幕
}

/*
函数功能: 更新时间框架显示，在RTC中断里调用
*/
char TimeBuff[20];
void Update_FrameShow(void)
{
    //如果正在显示其他提示文字，就不显示时钟
    if(page_show_flag==1)
    {
        return;
    }
        
	/*1. 绘制秒针、分针、时针*/
	OLED_DrawAngleLine2(32,32,rtc_clock.sec*6-6-90,27,0);//清除之前的秒针
	OLED_DrawAngleLine2(32,32,rtc_clock.sec*6-90,27,1); //画秒针
	
	OLED_DrawAngleLine2(32,32,rtc_clock.min*6-6-90,24,0);
	OLED_DrawAngleLine2(32,32,rtc_clock.min*6-90,24,1);
	
	OLED_DrawAngleLine2(32,32,rtc_clock.hour*30-6-90,21,0);
	OLED_DrawAngleLine2(32,32,rtc_clock.hour*30-90,21,1);
	
	//绘制电子钟时间
	sprintf(TimeBuff,"%d",rtc_clock.year);
	OLED_ShowString(65,16*0,16,TimeBuff);  //年份字符串
	OLED_ShowChineseFont(66+32,16*0,16,4); //显示年
	
	sprintf(TimeBuff,"%d/%d",rtc_clock.mon,rtc_clock.day);
	OLED_ShowString(75,16*1,16,TimeBuff); //月
	
	if(rtc_clock.sec==0)OLED_ShowString(65,16*2,16,"        ");	//清除多余的数据
	sprintf(TimeBuff,"%d:%d:%d",rtc_clock.hour,rtc_clock.min,rtc_clock.sec);
	OLED_ShowString(65,16*2,16,TimeBuff); //秒
	
	//显示星期
	OLED_ShowChineseFont(70,16*3,16,5); //星
	OLED_ShowChineseFont(70+16,16*3,16,6); //期
	OLED_ShowChineseFont(70+32,16*3,16,rtc_clock.week+7); //具体的值
}


static unsigned long next=1;//静态全局变量，作为种子

void my_srand(unsigned long seed)//通过传不同的参数更改种子值，一般传time(NULL)
{
    next=seed;
}

int my_rand(void)//将srand更改过的种子值通过公式计算出结果作为随机值
{
    next = next * 1103515245 + 12345;
    return((unsigned)(next/65536) % 32768);
}


//根据时间基准获取6位数随机开锁密码
char pwdcont[] = "0123456789";
void GeneratePassword(char *Password,int pwd_size)
{
	int i;
	int random;

	unsigned int sec=TimeToSec(rtc_clock.year,rtc_clock.mon,rtc_clock.day,rtc_clock.hour,rtc_clock.min);
	//printf("sec=%d\r\n", sec);

	//获取时间种子
	my_srand(sec);

	for (i = 0; i < pwd_size; i++)
	{
		random = my_rand() % (strlen(pwdcont));
		*(Password + i) = pwdcont[random];
	}
	*(Password + i) = '\0';
}




int main()
{
    u8 esp8266_state=0;
    u8 key;
    u8 i;
    u32 time_cnt=0;
    u8 MatrixKey=0; //矩阵键盘值
    u32 page_display=0; //页面显示时间刷新
    char Password[10];
    LED_Init();
    KEY_Init();
    USART1_Init(115200);
    RC522_Init();		 //RC522 
    Moto_Init();  //步进电机初始化
    BEEP_Init();
    USART3_Init(115200);//串口-WIFI
    TIMER3_Init(72,20000); //超时时间20ms
    Touch_Configuration(); //触摸按键配置
    
    //OLED初始化
    OLED_Init(0xc8,0xa1); //OLED显示屏初始化--正常显示;
   

    USART1_Printf("正在初始化WIFI请稍等.\r\n");
    
    //清屏
    OLED_Clear(0);
    OLED_RefreshGRAM();  //刷新数据到OLED屏幕
    OLED_ShowString(0,0,16,"init esp8266.");
     
    for(i=0;i<5;i++)
    {
        if(ESP8266_Init()==0)
        {
            esp8266_state=1;
            OLED_Clear(0);
            OLED_RefreshGRAM();  //刷新数据到OLED屏幕
            OLED_ShowString(0,0,16,"esp8266 init ok.");
            break;
        }
        else
        {
            esp8266_state=0;
            OLED_Clear(0);
            OLED_RefreshGRAM();  //刷新数据到OLED屏幕
            OLED_ShowString(0,0,16,"esp8266 init error.");
            USART1_Printf("ESP8266硬件检测错误.\n");  
        }
    }
  
     if(esp8266_state)
     {
        printf("ESP8266 WIFI 配置状态:%d\r\n",ESP8266_AP_TCP_Server_Mode("esp8266_xl","12345678",8089));
     }
   
    USART1_Printf("正在初始化RTC实时时钟请稍等.\r\n");
    
    RTC_Init();//RTC初始化，一定要初始化成功 
    OLED_Clear(0x00); 	 //清屏	
    OLED_RefreshGRAM();  //刷新数据到OLED屏幕
    DrawTimeFrame();  	 //画时钟框架
     
	 while(1)
	 {
        //按键可以测试开锁和关锁
        key=KEY_Scan();
        if(key==1)
        {
            LED1=0;  //亮灯--表示开锁
            time_cnt=0;
            Motorcw_ring(1,300);   //电机正转1圈
            
            page_show_flag=1;
            page_display=0;
            
             //清屏
            OLED_Clear(0);
            OLED_ShowString(0,0,16,"open lock.");
        }
        else if(key==2)
        {
             LED1=1;  //灭灯--表示关锁
             time_cnt=0;
             Motorccw_ring(1,300);  //电机反转1圈

            page_show_flag=1;
            page_display=0;
            //清屏
            OLED_Clear(0);
            OLED_ShowString(0,0,16,"close lock.");            
        } 

        DelayMs(10);
        page_display++;
        time_cnt++;
        if(time_cnt>=50)
        {
             //获取开锁密码
            GeneratePassword(Password,6);
           // printf("Password = %s\r\n", Password);
            
            time_cnt=0;
            LED2=!LED2;
        }
        
        //判断显示时间是否到达，到达之后恢复正常时钟显示页面
        if(page_show_flag==1 && page_display>200)
        {
            page_show_flag=0;
            OLED_Clear(0x00); 	 //清屏	
            OLED_RefreshGRAM();  //刷新数据到OLED屏幕
            DrawTimeFrame();  	 //画时钟框架
        }
        
        
        //APP开锁方式: 接收WIFI返回的数据
        if(USART3_RX_FLAG)
        {
            USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
            
		    printf("UART3收到数据.....\r\n");
            //向串口打印APP返回的数据
            for(i=0;i<USART3_RX_CNT;i++)
            {
                USART1_Printf("%c",USART3_RX_BUFFER[i]);
            }
            
            //如果是下发了属性,判断是开锁还是关锁
            if(USART3_RX_CNT>5)
            {
                //使用字符串查找函数
                //开锁
                if(strstr((char*)&USART3_RX_BUFFER[5],"open_lock"))
                {
                    LED1=0;  //亮灯--表示开锁
                     
                    //开锁
                    //执行开锁代码--电机正转
                     Motorcw_ring(1,300);   //电机正转1圈
                     //清屏
                    OLED_Clear(0);
                    OLED_ShowString(0,0,16,"open lock.");    
                    page_show_flag=1;
                    page_display=0;
                }
            }
            char *time;
            /*判断是否收到客户端发来的数据  */
            char *p=strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,"+IPD");
            if(p!=NULL) //正常数据格式: +IPD,0,7:LED1_ON    +IPD,0表示第0个客户端   7:LED1_ON表示数据长度与数据
            {
                    /*解析上位机发来的数据*/
                    p=strstr((char*)USART3_RX_BUFFER,":");
                    if(p!=NULL)
                    {
                            p+=1; //向后偏移1个字节
                            if(*p=='*')  //设置RTC时间
                            {
                                p+=1; //向后偏移,指向正确的时间
                                time=p;
                                int tm_sec;  //秒
                                int tm_min;  //分
                                int tm_hour; //时
                                int tm_mday; //日
                                int tm_mon;  //月
                                int tm_year; //年
                                tm_year=(time[0]-48)*1000+(time[1]-48)*100+(time[2]-48)*10+(time[3]-48)*1;
                                tm_mon=(time[4]-48)*10+(time[5]-48)*1;
                                tm_mday=(time[6]-48)*10+(time[7]-48)*1;
                                tm_hour=(time[8]-48)*10+(time[9]-48)*1;
                                tm_min=(time[10]-48)*10+(time[11]-48)*1;
                                tm_sec=(time[12]-48)*10+(time[13]-48)*1;
                                RTC_SetTime(tm_year,tm_mon,tm_mday,tm_hour,tm_min,tm_sec);
                               printf("RTC时间设置成功:%d-%d-%d %d:%d:%d\r\n",tm_year,tm_mon,tm_mday,tm_hour,tm_min,tm_sec);
                                
                                OLED_Clear(0x00); 	 //清屏	
                                OLED_RefreshGRAM();  //刷新数据到OLED屏幕
                                DrawTimeFrame();  	 //画时钟框架
                            }
                    }
            }
                        
            USART3_RX_CNT=0;
            USART3_RX_FLAG=0;
        }
				
        
        //输入密码开锁
        MatrixKey=Touch_KeyScan();
        if(MatrixKey!=0)
        {
            //最大密码数限制在10以内。超出自动清理
            if(MatrixKey_index>10)MatrixKey_index=0;
            
            //printf("MatrixKey=%d\r\n",MatrixKey);
            //将按键值存放到数组里.只要数字键
            switch(MatrixKey)
            {
              case 1: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=1+48;USART1_Printf("输入:1\r\n");break;
              case 2: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=2+48;USART1_Printf("输入:2\r\n");break;
              case 3: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=3+48;USART1_Printf("输入:3\r\n");break;
              case 5: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=4+48;USART1_Printf("输入:4\r\n");break;
              case 6: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=5+48;USART1_Printf("输入:5\r\n");break;
              case 7: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=6+48;USART1_Printf("输入:6\r\n");break;
              case 9: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=7+48;USART1_Printf("输入:7\r\n");break;
              case 10: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=8+48;USART1_Printf("输入:8\r\n");break;
              case 11: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=9+48;USART1_Printf("输入:9\r\n");break;
              case 14: MatrixKey_var[MatrixKey_index++]=0+48;USART1_Printf("输入:0\r\n");break;
            }
            USART1_Printf("正在输入中:%s\r\n",MatrixKey_var);
         
            //按下#号键表示确认输入
            if(MatrixKey==15)
            {
                MatrixKey_var[MatrixKey_index++]='\0';
                MatrixKey_index=0;
              
                USART1_Printf("输入的密码:%s\r\n",MatrixKey_var);
              
                //开锁密码
                if(strcmp(MatrixKey_var,Password)==0)
                {
                    USART1_Printf("密码正确,开锁成功.\r\n");
                  
                   LED1=0;  //亮灯--表示开锁

                  //执行开锁代码--电机正转
                  Motorcw_ring(1,300);   //电机正转1圈	

                  //清屏
                   OLED_Clear(0);
                   OLED_ShowString(0,0,16,"open lock.");   
                    
                    page_show_flag=1;
                    page_display=0;
                }
                else
                {
                    USART1_Printf("密码错误,开锁失败.\r\n");
                    
                    //清屏
                    OLED_Clear(0);
                    OLED_ShowString(0,0,16,"password error.");   
                    
                    page_show_flag=1;
                    page_display=0;
                }
            }  
            //按下C号键表示清除之前的输入
            else if(MatrixKey==12)
            {
                MatrixKey_index=0;
                USART1_Printf("清除之前输入的密码,等待重新输入.\r\n");
            } 
        }
	 }
}
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#物联网征文# 基于STM32动态密码锁(手机APP)_2022 原创

1. 前言

2. 相关硬件

2.1 WIFI模块

2.2 步进电机模块

2.3 OLED显示屏

2.4 STM32开发板

2.5 矩阵键盘模块

3. 手机APP设计

3.1 开发环境介绍

3.2 QT安装包下载

3.3 实现效果

3.4 与服务器通信代码

4. STM32设备端代码设计

4.1 硬件相关原理图

4.2 keil工程

4.3 程序下载配置

4.4 硬件接线

4.5 设备初始化打印的信息

4.6 main.c 代码

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